厄尔尼诺年和正常年春季西太平洋地区MJO特征分析及MSE诊断

论文总字数：16598字

目 录

1引言.....................................................1

1.1 MJO介绍................................................................1

1.1.1 MJO的基本特征和活动规律...........................................1

1.1.2 MJO的动力学机制...................................................2

1.2 ENSO简介...............................................................2

1.3 MJO与ENSO的关系......................................................2

1.4 本文拟解决的问题........................................................3

2 资料和方法..............................................3

2.1 资料....................................................................3

2.2 方法....................................................................3

2.2.1 资料处理..........................................................3

2.2.2 MJO强度的定义....................................................3

2.2.3 MSE诊断..........................................................4

3 厄尔尼诺年和正常年海温的演变............................4

4 厄尔尼诺年和正常年MJO的特征...........................6

5 湿静力能（MSE）诊断....................................8

6 总结和讨论.............................................12

7 参考文献...............................................12

厄尔尼诺年和正常年春季西太平洋地区MJO特征分析及MSE诊断

张嘉钰

，China

Abstract:This study focuses on the differences between the El Nino and normal years' equatorial intraseasonal oscillation （MJO）which happened in the spring western pacific ocean.NOAA out-going longwave radiation(OLR) data and the Moist Static Energy(MSE) data are filtered using the bandpass,and the Moist Static Energy(MSE) budget is used to analyse the MJO’s intensity,development and propagation. Through the composite method, we found that the intensity of MJO and the associated westerly and easterly anomalous in El Nino years are greater than normal years. Besides, we found that the MJO in El Nino years can propogate eastward slowly ,while in normal years it cannot .To study the physical mechanism underlying the MJO, the MSE budget is used again.We found that column MSE builds before deep intraseasonal convection commences, and then is discharged after the onset of deep convection.

Keywords:the Tropical West Pacific,MJO,El Nino,MSE

1 引言

1.1 MJO简介

大气低频振荡是指10-90天的振荡现象。虽然大气低频振荡在80年代才引起人们的普遍注意，但早在70年代初就已发现了它的存在。基于1957-1967年在坎顿岛的10年观测资料，Madden和Julian通过谱分析首先发现热带大气在风场和地面气压场的变化中存在45-50天周期的低频振荡，随后他们通过分析又进一步证实了全球热带地区都存在40-50天的低频振荡^[1]。此后的研究表明，大气低频振荡在副热带以及中高纬度都广泛存在^[1]。一般情况下，我们将冬季赤道地区向东传播的大气低频变化称为MJO（Madden-Julian Oscillation），将夏季存在向北传播的大气低频变化称为季节内振荡（Intraseasonal Oscillation，简称ISO），将中高纬度的大气低频变化称为季节内变化（Intraseasonal Variability，简称ISV）。MJO是热带风场和对流场季节内变化的主要模态，具有对流与大尺度大气环流复杂的相互作用的特征。因为MJO在热带地区能够调整深对流的发生发展，所以它在不同的时空尺度上对各种天气和气候事件都有重要的影响。例如，它会影响南亚季风^[24]、印度和澳大利亚夏季风的爆发和强度^[2-3]；影响热带气旋的形成^[4]和厄尔尼诺事件的发生^[5]。因此，理解MJO具有非常重要的现实意义，可以为人类的生产生活及防震减灾工作提供理论依据。

1.1.1 MJO的基本特征和活动规律

1. MJO的活动有其明显的地域特征。通过对热带大气扰动动能的分析，MJO的动能分布主要有以下4个大值区：赤道东太平洋（160ºW-100ºW)，南亚热带（50ºE-120ºE），赤道西太平洋（140ºE-160ºE）和赤道西大西洋（20ºW-0º）^[1]。MJO地域性特征的出现既同全球大气环流的形势有关，也同MJO形成机制有关。

2. MJO有着不同的空间尺度。虽然纬向1波的扰动相对来说比较重要，尤其是在赤道附近地区更突出，然而其他纬向尺度的扰动，例如纬向2波和3波也有着一定的作用，甚至热带超级云团一类扰动也会对大气季节内振荡产生影响^[1]。

3. MJO的垂直结构比较复杂。在流场和位势高度场上其纬向1波基本上表现为对流层高层和低层反相的结构特征；但尺度比纬向1波小的扰动虽有垂直西倾结构，却不反相；在振荡的演变过程中，纬向1波也会出现上下层同相的情况^[1]。

4. MJO的传播以东移为主，特别是赤道地区，但也有向北传播的情况，主要发生在夏季；在赤道以外的热带地区，热带大气季节内振荡北传的特征更为明显^[6]。热带季节内振荡的经向传播有较明显的地域特征，不同地区的经向传播方向不同，而且不同季节在某一地区还会有些不同。资料分析表明，南亚季风区大气季节内振荡无论冬夏都是由赤道向北传播，然而在其他地区，既有一致向北传播的情况，也有冬季向南、夏季向北的情况^[1]。

5. MJO存在显著的年际和年代际变化^[25]，其年际变化同El Nino的发生有一定的关系。OLR资料的分析表明赤道西太平洋地区MJO有较明显的年际变化，而且这种年际变化同El Nino事件的发生有着一定关系：当赤道西太平洋地区的OLR在冬季出现异常强的30-60天振荡时，来年将发生El Nino事件。

1.1.2 MJO的动力学机制

由于热带大气中水汽充沛，常处于条件不稳定状态，积云对流的活动极其频繁，积云对流加热的反馈也就成为控制热带大气运动的重要物理过程。在J.G.Charney等的研究中，提出了小尺度积云对流与天气尺度低压扰动间的相互作用，产生了重要的CISK理论^[1]。在积云对流与天气尺度扰动的相互促进中，大气边界层的Ekman抽吸是一个关键的物理过程，但是M.Yamasaki（1969）和Y.Hayashi（1970）的研究表明，Ekman抽吸造成的大气低层湿空气辐合并不是引起CISK的唯一过程，热带大气波动（重力波，东风波等）同样可以造成低层湿空气的辐合，产生次级垂直环流，引起CISK。R.S.Lindzen（1974）把它们概括成Wave-CISK理论。Wave-CISK理论不仅揭露了热带大气中有多种物理过程可以激发产生第二类条件不稳定，而且把CISK机制同热带大气的各种运动联系起来。K.M.Lau等（1987），M.Takahashi（1987）和C.P.Chang等（1988）研究了CISK作用下Kelvin波的活动（CISK-Kelvin波理论）；我国学者进一步提出了一种既有β效应又包含CISK机制的热带大气波动（CISK-Rossby波）^[7]。在赤道附近地区，30-60天大气振荡是CISK-Rossby波和CISK-Kelvin波共同作用所激发和驱动的，积云对流加热的反馈对于热带大气30-60天振荡的产生极为重要，但是它不是唯一的机制，外源强迫，特别是海温的异常可以在热带大气中激发出低频振荡^[1]。

1.2 ENSO简介

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